恒溫恒濕箱制冷系統(tǒng)的構(gòu)成原理
*簡單的制冷由四大要件組成:①壓縮機;②冷凝器,;③節(jié)流閥,;④蒸發(fā)器,;
首先講講什么叫制冷,。制冷兩字只能說是技術(shù)上的術(shù)語,,嚴格講是錯誤的,,世界上沒有那國的科學家能制造出“冷”來,。那到底什么是冷,,先舉例說明:在寒冬臘月,氣溫降到-5℃,,我們說今天天氣真冷,,可東北人說不冷;在大伏天,,氣溫在+32℃時,,我們會說不算熱,但氣溫突然降到+25℃,,我們會說太冷了,;這冷是隨著人的常識來定的,在物理學中沒有冷的定義,。在工程中冷是跟著生產(chǎn)需要而定的,。如老總問,冷庫打冷了嗎,?你說打冷了,,這個冷是指-18℃;老總問,,水果庫溫度穩(wěn)定嗎,?你說很穩(wěn)定,這回答的含義是水果庫溫度穩(wěn)定在±0℃了,,這是我們這個行業(yè)對冷的定義,。但是我們還是把這種利用機械設(shè)備把降溫對象降到所需溫度的方法叫制冷,這就是術(shù)語,。什么叫制冷,,比如我們將裝有一公斤20℃冷水的水壺放到一塊燒到500℃的鐵板上,沒有多久水就開了,,如果不拿開水壺,,不多久水就干了,。大家和說鋼板在對水加熱,反過來也可以說水在對鋼板降溫,。而且,,降了多少度,都可計算出來,,因為一公斤水從20℃升到100℃,,它需要外界提供它80大卡熱量,水從100℃到燒干,,它需要外界提供539大卡熱量,,也就是說一公斤20℃冷水燒到干,要外界提供619大卡熱量,。如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了619大卡熱量而變成了水蒸汽,使鋼板降溫了,,這就是制冷,,是利用水對鋼板制冷。如果將水倒在鋼板上,,那就更直觀了,。
在上述的制冷過程中,如果鋼板的大小一定,,并排除外界空氣的降溫因素,,那么鋼板降了多少度,是可以**計算出來的,。在這里所述及到的‘熱量’,、‘溫度’、‘大卡’,、‘℃’等物理量,,我想學過物理的人都能理解。初中物理就講到,,熱量總是通過傳導,、對流、輻射,,從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體,,絕不可能反過來進行。一個物體失去一些熱量后,,它的溫度也會降低一些,。我們的目的就是通過制冷系統(tǒng),將商品中和空氣中的熱量向比商品溫度更低的制冷劑傳遞,,達到降低商品溫度的目的,。
我們的制冷系統(tǒng)與鍋爐的制熱系統(tǒng)在熱力學上來講是一樣的,它們的熱傳導公式也一樣,我們先以鍋爐作比擬,,進一步講講制冷劑在制冷時的作用,。上面講的燒水壺也可算是一只鍋爐,不過水燒開了,,我們就灌熱水瓶了,,如果我們在壺嘴上套根管子,通到浴室,,那就可以洗桑拿了,,水壺就成小鍋爐了。要注意的是這時水壺中的水永遠是100℃,,水壺出口處的蒸汽溫度也是100℃,,為什么不是110℃,不是90℃,?這是因為在一個大氣壓下水的沸騰溫度是100℃,,這是水的物理性能所決定了的。在青藏高原,,大氣壓力較低,,水70℃左右就開了,沒有高壓鍋就只能吃夾生飯,,而在高壓鍋里,,溫度可達到110℃,因為高壓鍋排氣閥的重量,,剛好使鍋內(nèi)壓力保持在1Kg/CM2表壓力(實際是2個大氣壓),。一般小型鍋爐可燒4Kg/CM2表壓力蒸汽,蒸汽溫度也接近140℃,,鍋爐中的水溫也與蒸汽溫度一樣也是140℃,。煤氣爐的火頭溫度可達1000℃左右,火頭將熱量傳遞給水,,使水的溫度上升直達沸點,,一公斤水從沸點到燒干(全部變成蒸汽),將從煤氣火頭中帶走的熱量與上面所講水壺給鋼板降溫是一樣的,,接近壺底的火焰是一個降溫過程,。鍋爐中的煤燃燒溫度在1200℃左右,沒有鍋爐中水的降溫,,鍋爐中的排管將被燒塌,。從我們的角度來講,在這里的水就是制冷劑,。反過來水蒸汽進了浴室馬上凝結(jié)成小水珠(霧氣),,放出熱量使浴室內(nèi)溫度上升,,同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽,汽在浴室里放出539大卡熱量后全部變成水,,在蒸汽變成水的時候,,小水珠的溫度是100℃,這是一個冷凝過程,。當然小水珠會繼續(xù)放出熱量而降低溫度,,等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時,只有30℃左右了,,這就不是冷凝過程了,,而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)熱水?。ㄊ覂?nèi)供熱排管)中,,熱水汀對蒸汽來說就成了冷凝器,如果供應的蒸汽壓力是1Kg/CM2表壓力(實際是2個大氣壓),,熱水汀表面溫度就是110℃,,熱水汀向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量,使室內(nèi)溫度上升,,而蒸汽就在熱水汀內(nèi)冷凝成水,如果向室內(nèi)散發(fā)了539大卡熱量,,熱水汀內(nèi)就冷凝下來1公斤水,。按制冷角度來講,這整個過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰,,成為蒸汽,,蒸汽帶著吸收來的熱量來到熱水汀,熱水汀的表面向空氣散發(fā)了熱量,,蒸汽失去熱量后又從新冷凝成蒸餾水,,這水可通過設(shè)備回到鍋爐繼續(xù)使用。
現(xiàn)在回到制冷的四大要件:
①壓縮機,,與空氣壓縮機原理一樣,;
②冷凝器,可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器(錫鍋),;
③蒸發(fā)器,,可以理解為上面所講的水壺或鍋爐;
④節(jié)流閥,,可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間,,加一只閥,開小一點,,讓蒸餾下來的水流進鍋爐繼續(xù)使用,,不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反沖回熱水汀,,這一點與我們制冷不同,因為整個系統(tǒng)是均壓的,,而制冷系統(tǒng)冷凝部分是高壓的,,節(jié)流閥是控制制冷劑合理分配給蒸發(fā)器,讓蒸發(fā)器處于正常的制冷工作狀態(tài),。
在電冰箱上制冷的四大要件是:
①壓縮機,,藏在冰箱后面,圓頭圓腦的家伙,;
②冷凝器,,就是在冰箱后面的散熱片;
③蒸發(fā)器,,在初期的單門冰箱中的凍結(jié)框,,可以看得很清楚,拆開無霜冰箱的內(nèi)襯也能看到冷風機一樣的翅片管,;
④節(jié)流閥,,在冰箱后面有一段繞成螺旋狀的細銅管,那就是毛細管,。冰箱的外殼就相當與冷庫外體,。
在制冷行業(yè)中,制冷劑可以是水,、氨,、F12、F22,、F502,、液氮等等??照{(diào)用溴化鋰吸收式制冷機,,就是以水作為制冷劑使用。電冰箱中使用的是F12,,在大冷庫的制冷系統(tǒng)中用的是液態(tài)氨(不是氨水),,液態(tài)氨的性質(zhì)在氨的物理性能表上可以查到,它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-33.3℃,。如果將液氨從常溫的鋼瓶中放出,,一出鋼瓶它立即變?yōu)椋?3.3℃的液氨(因為外界是一個大氣壓),如果流到水泥地上,,水泥地的溫度立刻使它沸騰,,這是水泥地的熱量傳給了液氨,使液氨蒸發(fā)成汽態(tài)氨,,水泥地的局部也很快降到-30℃左右,,如果流到水泥地上的液氨正好是一公斤,,要使液氨全部蒸發(fā)光,他必需從水泥地上吸收326大卡熱量,,吸收多少,,蒸發(fā)多少,吸不足326大卡熱量,,就一定有液氨殘留下來,。如果將液氨放在一個金屬盆里,再將金屬盆底接觸水面,,水的熱量立刻傳給液氨,,液氨受熱沸騰,水也很快結(jié)冰,;如果將盆懸掛在空中,,盆底周圍的空氣立即因熱量傳給了液氨而失去熱量而降溫,降了溫的空氣在下降,,周圍熱空氣立即來補充,,在盆下面可以看到帶著霧的冷空氣在緩緩降下。這個盆就是‘蒸發(fā)器’,。至于蒸餾器,,有人看過,有人沒看過,,但是大家都看過茶缸蓋凝結(jié)水的現(xiàn)象,,或者農(nóng)村吊酒的錫鍋,原理是一樣的,。缸蓋里面是熱騰騰的水蒸汽,缸蓋外是冷空氣,,水蒸汽通過缸蓋將熱量傳遞給了冷空氣,,失去了一定熱量的水蒸汽,在缸蓋里表面凝結(jié)成水,,這就是冷凝器的原理,,上面講的熱水汀也是同樣原理。現(xiàn)在講庫房里的制冷進行過程:液態(tài)氨在蒸發(fā)器(排管)中如果處于0.3Kg/CM2表壓力狀態(tài)(應該是0.03Mpa表壓力,,出于習慣的方便,,還是用Kg/CM2),它的沸騰溫度應該是-28℃,;而蒸發(fā)器外是-18℃的冷庫,,如果有高于-18℃的商品進庫,商品中的熱量很快傳給了空氣,,使空氣溫度上升到比如-15℃,,-15℃的空氣又將從商品中傳來的熱量傳給了-28℃的液氨,,液氨吸收了熱量溫度不會上升,而是沸騰蒸發(fā)為氣體(氨蒸汽),,這樣空氣來來回回的傳送,,商品中的熱量逐步減少,溫度逐步降低,,*后降到-18℃,,制冷就可以結(jié)束了,這是蒸發(fā)器的工作任務,,庫內(nèi)
空氣向蒸發(fā)器傳遞多少熱量,,蒸發(fā)器內(nèi)的液氨就蒸發(fā)掉相應的重量。當然除了商品中的熱量外,,還有外界氣溫中的熱量通過圍護結(jié)構(gòu)傳進來的熱量,,開門時空氣帶進的熱量,使庫溫不時的上升,,所以需要定時開機降溫,。
我們的制冷系統(tǒng)與鍋爐的制熱系統(tǒng)在熱力學上來講是一樣的,它們的熱傳導公式也一樣,我們先以鍋爐作比擬,,進一步講講制冷劑在制冷時的作用,。上面講的燒水壺也可算是一只鍋爐,不過水燒開了,,我們就灌熱水瓶了,,如果我們在壺嘴上套根管子,通到浴室,,那就可以洗桑拿了,,水壺就成小鍋爐了。要注意的是這時水壺中的水永遠是100℃,,水壺出口處的蒸汽溫度也是100℃,,為什么不是110℃,不是90℃,?這是因為在一個大氣壓下水的沸騰溫度是100℃,,這是水的物理性能所決定了的。在青藏高原,,大氣壓力較低,,水70℃左右就開了,沒有高壓鍋就只能吃夾生飯,,而在高壓鍋里,,溫度可達到110℃,因為高壓鍋排氣閥的重量,,剛好使鍋內(nèi)壓力保持在1Kg/CM2表壓力(實際是2個大氣壓),。一般小型鍋爐可燒4Kg/CM2表壓力蒸汽,蒸汽溫度也接近140℃,,鍋爐中的水溫也與蒸汽溫度一樣也是140℃,。煤氣爐的火頭溫度可達1000℃左右,火頭將熱量傳遞給水,,使水的溫度上升直達沸點,,一公斤水從沸點到燒干(全部變成蒸汽),將從煤氣火頭中帶走的熱量與上面所講水壺給鋼板降溫是一樣的,,接近壺底的火焰是一個降溫過程,。鍋爐中的煤燃燒溫度在1200℃左右,沒有鍋爐中水的降溫,,鍋爐中的排管將被燒塌,。從我們的角度來講,在這里的水就是制冷劑,。反過來水蒸汽進了浴室馬上凝結(jié)成小水珠(霧氣),,放出熱量使浴室內(nèi)溫度上升,,同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽,汽在浴室里放出539大卡熱量后全部變成水,,在蒸汽變成水的時候,,小水珠的溫度是100℃,這是一個冷凝過程,。當然小水珠會繼續(xù)放出熱量而降低溫度,,等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時,只有30℃左右了,,這就不是冷凝過程了,,而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)熱水?。ㄊ覂?nèi)供熱排管)中,,熱水汀對蒸汽來說就成了冷凝器,如果供應的蒸汽壓力是1Kg/CM2表壓力(實際是2個大氣壓),,熱水汀表面溫度就是110℃,,熱水汀向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量,使室內(nèi)溫度上升,,而蒸汽就在熱水汀內(nèi)冷凝成水,如果向室內(nèi)散發(fā)了539大卡熱量,,熱水汀內(nèi)就冷凝下來1公斤水,。按制冷角度來講,這整個過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰,,成為蒸汽,,蒸汽帶著吸收來的熱量來到熱水汀,熱水汀的表面向空氣散發(fā)了熱量,,蒸汽失去熱量后又從新冷凝成蒸餾水,,這水可通過設(shè)備回到鍋爐繼續(xù)使用。
現(xiàn)在回到制冷的四大要件:
①壓縮機,,與空氣壓縮機原理一樣,;
②冷凝器,可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器(錫鍋),;
③蒸發(fā)器,,可以理解為上面所講的水壺或鍋爐;
④節(jié)流閥,,可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間,,加一只閥,開小一點,,讓蒸餾下來的水流進鍋爐繼續(xù)使用,,不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反沖回熱水汀,,這一點與我們制冷不同,因為整個系統(tǒng)是均壓的,,而制冷系統(tǒng)冷凝部分是高壓的,,節(jié)流閥是控制制冷劑合理分配給蒸發(fā)器,讓蒸發(fā)器處于正常的制冷工作狀態(tài),。
在電冰箱上制冷的四大要件是:
①壓縮機,,藏在冰箱后面,圓頭圓腦的家伙,;
②冷凝器,,就是在冰箱后面的散熱片;
③蒸發(fā)器,,在初期的單門冰箱中的凍結(jié)框,,可以看得很清楚,拆開無霜冰箱的內(nèi)襯也能看到冷風機一樣的翅片管,;
④節(jié)流閥,,在冰箱后面有一段繞成螺旋狀的細銅管,那就是毛細管,。冰箱的外殼就相當與冷庫外體,。
在制冷行業(yè)中,制冷劑可以是水,、氨,、F12、F22,、F502,、液氮等等??照{(diào)用溴化鋰吸收式制冷機,,就是以水作為制冷劑使用。電冰箱中使用的是F12,,在大冷庫的制冷系統(tǒng)中用的是液態(tài)氨(不是氨水),,液態(tài)氨的性質(zhì)在氨的物理性能表上可以查到,它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-33.3℃,。如果將液氨從常溫的鋼瓶中放出,,一出鋼瓶它立即變?yōu)椋?3.3℃的液氨(因為外界是一個大氣壓),如果流到水泥地上,,水泥地的溫度立刻使它沸騰,,這是水泥地的熱量傳給了液氨,使液氨蒸發(fā)成汽態(tài)氨,,水泥地的局部也很快降到-30℃左右,,如果流到水泥地上的液氨正好是一公斤,,要使液氨全部蒸發(fā)光,他必需從水泥地上吸收326大卡熱量,,吸收多少,,蒸發(fā)多少,吸不足326大卡熱量,,就一定有液氨殘留下來,。如果將液氨放在一個金屬盆里,再將金屬盆底接觸水面,,水的熱量立刻傳給液氨,,液氨受熱沸騰,水也很快結(jié)冰,;如果將盆懸掛在空中,,盆底周圍的空氣立即因熱量傳給了液氨而失去熱量而降溫,降了溫的空氣在下降,,周圍熱空氣立即來補充,,在盆下面可以看到帶著霧的冷空氣在緩緩降下。這個盆就是‘蒸發(fā)器’,。至于蒸餾器,,有人看過,有人沒看過,,但是大家都看過茶缸蓋凝結(jié)水的現(xiàn)象,,或者農(nóng)村吊酒的錫鍋,原理是一樣的,。缸蓋里面是熱騰騰的水蒸汽,缸蓋外是冷空氣,,水蒸汽通過缸蓋將熱量傳遞給了冷空氣,,失去了一定熱量的水蒸汽,在缸蓋里表面凝結(jié)成水,,這就是冷凝器的原理,,上面講的熱水汀也是同樣原理。現(xiàn)在講庫房里的制冷進行過程:液態(tài)氨在蒸發(fā)器(排管)中如果處于0.3Kg/CM2表壓力狀態(tài)(應該是0.03Mpa表壓力,,出于習慣的方便,,還是用Kg/CM2),它的沸騰溫度應該是-28℃,;而蒸發(fā)器外是-18℃的冷庫,,如果有高于-18℃的商品進庫,商品中的熱量很快傳給了空氣,,使空氣溫度上升到比如-15℃,,-15℃的空氣又將從商品中傳來的熱量傳給了-28℃的液氨,,液氨吸收了熱量溫度不會上升,而是沸騰蒸發(fā)為氣體(氨蒸汽),,這樣空氣來來回回的傳送,,商品中的熱量逐步減少,溫度逐步降低,,*后降到-18℃,,制冷就可以結(jié)束了,這是蒸發(fā)器的工作任務,,庫內(nèi)
空氣向蒸發(fā)器傳遞多少熱量,,蒸發(fā)器內(nèi)的液氨就蒸發(fā)掉相應的重量。當然除了商品中的熱量外,,還有外界氣溫中的熱量通過圍護結(jié)構(gòu)傳進來的熱量,,開門時空氣帶進的熱量,使庫溫不時的上升,,所以需要定時開機降溫,。
但是如果沒有壓縮機的參與,蒸發(fā)器的工作是不能持久的,,因為液氨受熱蒸發(fā)成為氨蒸汽,,氨蒸汽逐步擠占蒸發(fā)器的空間,蒸發(fā)器中的壓力也就逐步升高,,壓力升高,,液氨的沸騰溫度就會上升,*后壓力升到1Kg/CM2表壓力時,,溫度也上升到-18℃左右,,液氨與冷庫的溫度相同,由于溫度平衡,,熱量就無法向液氨傳遞了,,制冷也就停止了。壓縮機的任務就是要把蒸發(fā)器中產(chǎn)生的氨蒸汽抽走,,使蒸發(fā)器中的壓力一直保持在我們生產(chǎn)需要的0.3Kg/CM2表壓力狀態(tài),。這時候蒸發(fā)器中的壓力叫蒸發(fā)壓力,蒸發(fā)器中的液氨溫度叫蒸發(fā)溫度,。壓縮機抽出的氨蒸汽并不是排到大氣中去的,,而是排到冷凝器中,氨蒸汽被壓縮到冷凝器后,,冷凝器的壓力會逐步升高,,而后就是冷凝器的任務了。我們知道氨蒸汽是帶著冷庫中的熱量的,,氨蒸汽被壓縮機從蒸發(fā)器抽出,,而后壓縮到冷凝器中,,那么壓縮機就完成了輸送熱量的任務。現(xiàn)在氨蒸汽被聚集在冷凝器中(帶著大量冷庫中的熱量),,壓力不斷升高,,溫度也隨著壓力的升高而升高,比如說壓力升高到表壓力14Kg/CM2,,溫度也就對應升到+39℃,,如果在冷凝器管外供給+34℃的冷卻水,那冷凝器中的氨蒸汽就會向水傳送出熱量,,每向冷卻水送出264大卡熱量,,冷凝器中就有一公斤重的氨蒸汽凝結(jié)成液態(tài)氨,并讓出原來氨蒸汽占領(lǐng)的大部分空間來,。如果熱量沒有出路,,那冷凝器中的壓力就繼續(xù)升高,到冷凝器爆炸或跳**閥為止,。但是實際上壓縮機的排出溫度,,在表壓力14公斤/平方公分時,不是+39℃,,而是+100℃以上,。這是因為電動機帶動壓縮機的活塞對氨蒸汽進行壓縮時做的功,轉(zhuǎn)換成熱量的緣故,,也即熱功當量,,這可以在我們給自行車打氣時,打氣筒底部和皮管會發(fā)燙的原理是一樣的,。壓縮機對氨蒸汽做了1KW的功,,就對氨蒸汽附加了860大卡的熱量,這一部分熱量是顯熱,,它加熱了氨蒸汽,,使氨蒸汽溫度上升,這種熱量傳送給冷卻水后,,不會被冷卻水冷凝成液氨,只會降低溫度,,只有當氨蒸汽溫度降到+39℃時,,才進行真正的冷凝工作,在冷凝工作連續(xù)進行時,,只要壓力不變,,溫度也不會改變。這時的溫度叫冷凝溫度,,這時的壓力叫冷凝壓力,。這就是冷凝器的工作任務,。冷凝器中冷凝下來的液氨,可以送到蒸發(fā)器中繼續(xù)使用,,但必需用節(jié)流閥進行控制,,要不冷凝器中的來不及冷凝的氨蒸汽會竄到蒸發(fā)器中,那就亂套了,。節(jié)流閥必需調(diào)節(jié)到蒸發(fā)器中有確當?shù)囊喊毖a充,,這就是節(jié)流閥的工作任務。
總結(jié)一下:首先液態(tài)氨在蒸發(fā)器中吸收了制冷對象的熱量,,蒸發(fā)成氨蒸汽,;氨蒸汽包含著吸收來的熱量被壓縮機抽送到冷凝器,并壓縮成高壓,、高溫的氨蒸汽,,這時候氨蒸汽中又加進了電動機的熱功當量所附加的熱量;冷凝器中的氨蒸汽,,將熱量傳送給溫度較低的冷卻水,,失去熱量的氨蒸汽被冷凝成為液態(tài)氨;節(jié)流閥將冷凝下來的液氨再有節(jié)制的補充給蒸發(fā)器,,使蒸發(fā)器能夠連續(xù)地工作,;整個工作過程就是將低于-18℃的制冷對象中的熱量,強制送到+30多℃的冷卻水中去,,使制冷對象失去熱量,,溫度降到我們所需要的-18℃;而冷卻水吸收了熱量后,,又通過水蒸汽的蒸發(fā),,將熱量傳送給了大氣,或者說是風將熱量吹走了,。
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